无损检测技术在起重机械安全检验中的应用

2021-04-03周洪李超

现代制造技术与装备 2021年11期

周洪李超

（重庆中建机械制造有限公司，重庆 401329）

起重机械的安全检验工作具有极高的专业性，且此项工作的水平关乎起重机械运行和使用的安全性。随着起重机械的应用范围逐渐扩大，设备设计和制造水平也有了明显提高。行业内对起重机械的安全检验提出了新的要求，国家也陆续出台了关于起重机械安全检验的诸多规定。为提高安全检验水平，确保安全检验结果的可靠性，专业检验机构可结合起重机械的结构特点或各方面性能，加强对无损检测技术的应用，以发挥无损检测的优势。

1 起重机械应用无损检测技术的必要性

无损检测是检验检测领域相对先进的技术，其中包含了多种技术方法，如射线法、超声法、电磁法等。该技术可在不损坏被检测对象使用性能的情况下，完成对被检测对象材料、性能、功能等的检测。起重机械的安全检验涉及了很多内容的检测，由于起重机械体积的庞大性和结构的复杂性，若无法采用无损检测技术，就会对其造成一定的结构损坏，从而影响起重机械的正常使用。因此，无损检测是当下起重机械安全检验中十分重要的技术，检测过程中可选用超声检测、磁粉检测、渗透检测及涡流检测等方式。起重机械运行过程中零部件数量较多，如吊钩、钢丝绳、滑轮、卷筒以及制动器等。这些主要的零部件以及金属结构本体、焊缝等均不允许任何缺陷的存在，其原因为这些结构部位所承受的交变应力和冲击荷载巨大，即使是极小的缺陷，也会在这些作用力下逐步从小缺陷向大缺陷发展，从而增大起重机械的运行和使用风险[1]。由于无损检测的技术多样性和各方面优势，可对其中的关键零部件等开展安全检测，进而帮助起重机械的操作和使用人员进行对应的风险识别和处理，从而提高起重机械的使用安全。

2 起重机械安装完成后的安全检验

2.1 目测检验

起重机械安装任务全面结束以后，相应的工作人员要通过肉眼或者起重机械的操作和使用经验，对起重机械的整体形态、各个构成部分的结构性能等开展全面检测。检测过程中，目测是安全检验中非常有效的方式，对于一些肉眼可见的缺陷或者异常非常有效，但必须要确保检测人员要有极其丰富的经验。例如：起重机械部分金属结构的几何尺寸可通过目测来判定其是否能够达到使用要求。目测检验技术应当基于相关要求来进行检验，检验过程中要了解检验注意事项，具体内容包括以下几个方面。

2.1.1 机械部分

对于机械部分等关键零部件及金属结构的尺寸检测，需要确定保护装置的类型。此外，还要重视对安全试验的分析工作，在施加荷载之前必须要进行系统性的安全测试作业，以保证机械装置的安全性。

2.1.2 电气部分

对电气部分开展目测检验十分必要。它的检验内容包括馈电设备、保护装置以及一些电气元件等，其中保护装置可利用一些电气工具进行测量，同时开展试运行等操作，以确保连锁保护装置的有效性，使该装置符合起重机械运行的要求。

2.1.3 静刚度测试

起重机械在荷载作用下会产生变形，而静刚度则是反馈其抵抗变形能力的重要指标。若静刚度不达标，则会使起重机械在运行时产生较大的变形。这不仅会影响到起重作业的安全性，也会使操作人员产生紧张情绪，从而增加操作失误的概率。静刚度测试中，需要在桥架上以额定荷载进行往返运动，以检测起重机械是否达到了设计要求。检测完成后将荷载卸下，在桥架跨中位置停稳小车，同时将钢板尺固定于主梁外侧腹板跨中位置，以经纬仪观测钢板尺，并确定基准点，继而再将额定荷载升起，以经纬仪观测钢板尺变化情况，从而计算出起重机械静刚度。

2.2 振动测试

振动测试也是安全检验中的关键性工作。为获得对应的振动指标，需由专业人员负责起重机的刚度测试。当对起重机械开展了主梁振动周期、自振频率的振动测试以后，会出现一定的振动衰减，通过分析振动周期的衰减规律，就可以掌握关于起重机械的动刚度指标。标准情况下，要求设备主梁处于跨中位置时，自振频率在满载情况下不得小于2 Hz。实际测试过程中，需要用到光线示波器和动态应变仪等设备，并在主梁跨中盖板上粘贴应变片，然后施加额定荷载，将其提升至额定高度的2/3位置，待设备稳定后全速下降，在快要接近地面时，实施紧急制动处理，结合所反馈出来的曲线和频率值，测出起重机械动刚度。

3 无损检测技术在起重机械安全检验中的应用

3.1 射线检测

X射线具有穿透特性，在穿透物体的过程中同步伴随着原子电离的情况，并且会出现明显的光化学反应。因此，在开展检验工件缺陷的检测工作时，可利用射线检测法来实现。当开展工件局部缺陷检测时，若存在有局部缺陷，透射射线强度将出现明显的变化。通过胶片感光对该透射线强度的检测，不仅可以判定是否存在缺陷，还可以获得关于缺陷位置、大小的信息[2]。起重机械安全检验中，针对受拉结构件焊接接头内部缺陷的检测，射线检测法的优势明显。不仅可以分析焊接部位的厚度、均匀情况等信息，还可以用于了解焊接的相关参数。在生产起重机械时，由于焊接部位较多，为保证起重机械使用的安全性，焊接质量要求必须很高。在这种情况下，射线检测技术在起重机械焊接检测中的应用极为重要。

3.2 超声波检测

超声波的频率相对较高，具有良好的方向性，且其能量较高、穿透能力较强。在超声波探伤过程中，超声波遇特殊界面会出现一定的反射、折射或者波形转换。因此，在起重机械的安全检验中，可利用超声波进行金属结构、焊接接头内部缺陷的检测，如对于锻造吊钩内的裂纹、夹杂缺陷、金属结构焊缝缺陷、高强度螺栓内部缺陷等，获得准确的检测结果。利用超声波进行探伤之前，应当根据工件的几何形状、工件材料类型等信息，确定最佳的探伤方案，同时在方案中明确探头类型、检测方式等。一般情况下，超声波束应当垂直于焊缝，缓慢移动以查找缺陷，然后根据波形特征来判别缺陷的类型。若是裂纹损伤，在移动探头时，波形起伏大；若是气孔损伤，则移动探头时，表现为脉冲波的形式，其中单个气孔为单脉冲波，多个气孔为多脉冲波。虽然超声波检测的灵敏度高、成本偏低，但是无法直观显示被测对象的缺陷[3]。

3.3 涡流检测

检测时要将通有交流电的线圈放置在待测的金属板上方，在通电条件下，线圈内及其附近会同步形成交变磁场，试件中会形成呈旋涡状的感应交变电流。如果有裂纹或缺陷，信号会发生改变。涡流的分布和大小往往会受到诸多因素的影响，如线圈形状与尺寸、电流大小与频率、试件导电率、磁导率等。

针对起重机械的安全检验，若利用涡流检测的方法，其检测的技术原理为：通过使用激磁线圈，使导电构件在这一情况下产生涡流，通过对线圈开展检测来获得涡流的具体变化；在掌握了涡流的基本信息后，可据此进行缺陷的精准判定。但因为涡流本质上属于交变电流，存在有明显的集肤效应，所以利用这一检测方法所得到的结果仅能反映试件表面或者近表面的情况[4]。在利用涡流检测法开展对应的检测工作时，线圈与被测对象之间可不直接接触，在非常短的时间内就可得到相应的检测结果，使得检测流程具有一定的自动化特征。基于其检测原理和技术优势，它在管材、线材等工件的检测中都十分适用。

3.4 声发射检测

当材料处于应力作用下时，往往会伴随着一定的变形和裂缝扩展，会进一步引起结构失效。很多材料在局部区域存在着应力集中的问题，在能量快速释放的过程中会同步产生瞬态的弹性波，此过程就是声发射现象。与其他的检测技术相比，声发射检测法就是通过接收和分析材料的声发射信号来检测材料的性能、完整性等，是无损检测中十分常用的检测方法。根据材料特性，当材料存在塑性变形、应力腐蚀、裂纹或者扩展时，会伴随着声发射现象。由于在这些环节存在有声发射现象，针对这些缺陷的检测，就可利用声发射检测技术进行。声发射检测在起重机械安全检验中的应用主要具有以下特点。首先，检测仪器所探测到的能量源于被测物体本身，不需要像超声检测或者射线检测一样由无损检测仪器来提供。其次，可在检测过程中显示工件缺陷在荷载、时间、温度等变化情况下的变化趋势或者规律，以辅助起重机械等大型机械设备的安全评估。最后，该检测方式对线性缺陷有着极高的敏感性[5]。

3.5 磁粉检测技术

磁粉检测技术是一种非常常见的无损检测技术，主要利用磁场的连续性特点，在铁磁性工件被磁化以后，若其表面存在裂缝，会使磁场产生畸变的情况。此时由于磁粉的吸附作用就会在其表面沿着畸变磁场形成不规则的痕迹，从而反馈出受损的位置、形状、大小以及受损的严重程度等信息，为维修工作的开展提供一定的数据支持。起重机械内部有着非常多的铁磁性工件，其在长期的使用过程中所产生的细微裂缝、裂纹等用肉眼难以进行有效的观测。此时利用磁粉检测技术可以明确损伤的具体位置及其严重程度等信息，从而提高维修工作的科学性。磁粉检测技术在起重机械安全检验中能够表现出较强的可靠性与较高的灵敏度，尤其是对于一些表面损伤，能直接通过磁粉显现出损伤痕迹，从而进行更好的观测，有助于提高检测效果。但同时磁粉检测技术也有一定的局限性，该技术无法对镁铝等非铁磁性工件进行检测，也不能进行内部损伤的检测，并且在实际检测过程中至少需要进行两个方向的检测活动，检测后还要进行退磁操作，同时检测花费的时间也相对较长。

3.6 渗透检测技术

渗透检测技术是基于毛细管原理的一种重要无损检测技术，主要用于检测非疏孔性部件表面开口损伤。在检测时，先将荧光渗透液或着色后的渗透液作用于零部件表面，在毛细管原理的作用下使渗透液沿着缺口渗透至零部件内部，此时再将零件表面多余的渗透液清理干净。渗透至零部件内部的渗透液干燥后附着在零部件中，便能够实现放大缺陷的作用，以便于明确缺陷所产生的部位以及形状等信息，从而达到检测损伤的目的。在起重机械使用的过程中，其表面所产生的细微裂缝等缺陷难以用肉眼进行有效检测。针对这种情况，利用渗透检测技术可实现对裂缝等损伤的放大观察，从而使这些损伤更加直观明了。渗透检测技术不受材料类型的限制，其金属部件与非金属部件的损伤均可以采用这种方法进行检测，并且不会因裂纹方向不规则而影响检测结果。但是，由于毛细渗透作用过程较慢，这一检测技术在起重机械安全检验中应用时会耗费较长的时间，检测效率相对较低。同时，所使用的渗透液可能含有一定的腐蚀性物质，会对人体以及环境造成一定的影响。另外，为保证渗透检测技术的应用效果，在对起重机械进行检测时应当做好表面的清洁工作，以避免一些杂质影响检测结果的准确性。